L‟environnement d‟un module photovoltaïque peut inclure des arbres, montagnes, murs, bâtiments, etc. Il peut provoquer des ombrages sur le module ce qui affecte directement l‟énergie collectée.
Les modules photovoltaïques sont très sensibles à l'ombrage. Contrairement aux panneaux solaires thermiques qui peuvent tolérer un peu d'ombrage, les modules photovoltaïques ne peuvent être occultés, principalement à cause des connections électriques (en série) entre les cellules et entre les modules [7].
On distingue 2 types d'ombrage : l'ombrage total et l'ombrage partiel.
L'ombrage complet empêche tout rayonnement (direct et indirect) d'atteindre une partie de cellule photovoltaïque (par exemple, une déjection d'oiseau, une branche d'arbre sur le panneau, une couverture). L'ombrage partiel empêche seulement le rayonnement direct d'atteindre une partie de la cellule photovoltaïque (par exemple, une cheminée, un arbre, un nuage).
Souvent, les cellules d'un module photovoltaïque sont connectées en série. Ainsi, la cellule la plus faible va déterminer et limiter la puissance des autres cellules. L'ombrage de la moitié d'une cellule ou de la moitié d'une rangée de cellule diminuera la puissance proportionnellement au pourcentage de la surface ombrée d'une cellule, dans ce cas de 50%. L'ombrage total d'une rangée de cellules peut réduire à zéro la puissance du module.
Exemples d'ombrage partiel qui peut réduire de 50% la puissance d'un module.
Exemple d'ombrage total d'une rangée de cellules qui peut réduire la puissance du module à 0.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 1 2 3 4 5 6 Tension (V) P u is s a n c e ( W ) Sans ombre Avec 10% d'ombre Avec 25% d'ombre Avec 50% d'ombre
Figure (III.35) : Variation de puissance avec le taux d‟ombre
Pour ces raisons, il conviendra de choisir un endroit approprié pour l‟installation d‟un système photovoltaïque où il y a, le moins d‟ombrage possible. Si des obstacles présents autour d‟une installation photovoltaïque ne peuvent être évités, la conception du système devra permettre d‟atténuer les conséquences de ces obstacles sur le rendement.
7. 3-les problèmes d’ombrage sur une installation photovoltaïque [8]
1. Endommagement des modules par effet "point chaud" 2. Perte importante de production électrique
3.1-Endommagement des modules par effet "point chaud"
Quand une partie d'un groupe photovoltaïque est ombrée, cette partie sous-irradiée du module peut se trouver polarisée en inverse. Cela signifie concrètement que la partie sous-irradiée ne se comporte plus comme un générateur électrique mais comme un récepteur (résistance). Alors qu'un générateur délivre de l'énergie, un récepteur la dissipe. La partie sous-irradiée va
donc se comporter en récepteur en dissipant une certaine puissance sous forme de chaleur, ce qui va provoquer un échauffement de la zone sous-irradiée.
Cet échauffement local peut donner lieu à des points chauds qui peuvent endommager la zone affectée et dégrader définitivement les performances du module photovoltaïque. Pour éviter ces effets indésirables, des diodes by-pass sont associées à un sous-réseau de cellules, comme illustré sur le schéma ci-dessous:
Figure (III.36) : diodes by-pass associées a un sous-reseau de cellules
Un module photovoltaïque est composé de plusieurs cellules photovoltaïques. Afin d'éviter les phénomènes de point chauds, les cellules photovoltaïques sont associées par groupe de 18 à une diode by-pass.
En mode normal, la tension aux bornes de la diode by-pass est positive (ce qui signifie que le groupe de 18 cellules fonctionnent en mode générateur); la diode se comporte alors comme un interrupteur ouvert. Lorsque le groupe de 18 cellules se comportent en récepteur, la tension aux bornes de la diode est négative (inversement de polarité); la diode se comporte alors comme un interrupteur fermé et elle court-circuite le groupe de 18 cellules.
3.2-Perte importante de production électrique
Les diodes by-pass court-circuitent un groupe de plusieurs cellules (18 en général) d'un module photovoltaïque lorsque celui-ci est à l'ombre. De ce fait, la partie de l'installation
Un module photovoltaïque est composé généralement composé de 36 cellules photovoltaïques, distribuées en 2 sous-réseaux. Chacun de ces deux sous-réseaux est composé de 18 cellules photovoltaïques et d'une diode by-pass.
Lorsqu'une cellule est à l'ombre, la diode by-pass court-circuite automatiquement le sous-réseau (afin d'éviter les points chauds). La conséquence directe est qu'une partie du module est hors-service. Il suffit donc qu'une seule cellule soit à l'ombre pour stopper la production d'un sous-réseau entier.
III.8-CONCLUSION :
Dans ce chapitre nous avons donné les modèles fondamentaux des différentes pertes dans une cellule photovoltaïque à base de silicium monocristallin tout en les simulant. Nous avons mis l‟accent sur les pertes qui se produisent à la suite de l'interconnexion et l'encapsulation des cellules dans le module, et les taux d‟ombre causées par la métallisation ou le taux de remplissage de cellules dans le module et à l‟environnement d‟un module. Nous avons trouvé que certains facteurs ont des limites fondamentales sur lesquelles on ne peut pas intervenir. D‟autres facteurs sont d‟ordres technologiques et peuvent être optimisés. Nous avons donné un modèle mathématique du rendement d‟une cellule en fonction de ces différents paramètres. Nous avons trouvé qu‟environ 10% de puissance sont perdues par l‟encapsulation des cellules solaires par réflexion et transmission de lumière. En outre, nous remarquons que la puissance d‟un module est proportionnelle au pourcentage de la surface ombrée d'une cellule. Nous avons simulé les effets des pertes ohmiques pour différentes connexions, les résultats montrent que la connexion série-série permet d‟obtenir le meilleur rendement.